TW410413B - Semi-conductor mounting apparatus with a chip gripper travelling back and forth - Google Patents

Description

410413 A7 B7 五、發明説明（/ ) 本發明渉及帶有晶片夾的半導體安裝裝置，該晶Μ夾 通過一手柄機構可以在第一位置和第二位置之間前後移 動，以從第一位置的晶Η載具上提起晶並夾將該晶Η放 到第二位置的基Η上。被稱為”抓放"（pick and place) 裝置的這樣一種裝置用作半導體安裝中稱為"晶粒焊合 機’I (die bonder)的安裝機中的一値組件。它用來將一 値接一個放在晶圓架上的晶圓中大量相間的晶片一個接 —個地安裝到例如金羼引線框的基片上。為配合毎一個 抓放動作，放有晶片載具的晶圓桌使得在上述第一位置 可得到下一個晶Η ,並且為了到達第二位置處的基Η位 置，基Η也上升β為了提起和隨後放置晶Η,晶片夾或 與整値裝置一起或本身相對於該裝置可以以已知方式被 抬起和降下。 對此類型的安放裝置要求極高。為進一歩處理所安裝 的晶片（配線焊合機（wire bonder)中集成電路的接觸） ，晶Η必須精確地放置在基片上，並需要借肋晶片夾相 當準確地到達第二位置，這之前也需要精確地傳送到用 於提起晶片的第一位置。另一方面，需要速度高而周期 短的連續移動，這就使移動部件的加速度和慣性相當高。 到如今，不同的手柄機構被用來曹現晶Η夾的交替運 動，它們有時包括導引槽（例如，眾所周知的馬氏傳送 裝置(Bi a 11 e s e transmission arrangement)) 〇 這種導 引槽因為伴隨而生的顯着的剪切力，遒對於實現精確移 動是不利的。用眾所周知的另一種機構，晶片夾被安置 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 參： 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 410413 A7 B7五、發明説明（，） 在前後旋轉的手柄上，也就是説，它允許一種對應於手 柄擺動位移的曲線形狀的運動，晶片夾必須總是停在終 點位置，該處很有可能振動。所以，就精度和速度而論 ，用已知的裝置滿足實際的要求是困難的。 本發明的目的是克服在引言中描述的現有技術的該類 型半導體安放裝置存在的缺點。抓放機構首先必須保證 晶Η夾在兩値終端的精確定位，但是同時也要盡可能地 快速前後移動，瘡就是所謂的短周期。 道個目的是按照以下的特徴來解決的。據此，本装置 指向兩終點位置的手柄機構配備有第一旋轉手柄，安裝 於等距離安裝在第一和第二位置間的軸上，並在兩値終 端間以交替的旋轉方向驅動 第二旋轉手柄安裝在第一 旋轉手柄的末端，隨箸第一旋轉手柄的旋轉方向按相反方 向以某一傳動比驅動，在它的末端連接着晶片夾。上迷 傳動比和兩値旋轉手柄的長度以特定方式相互Ε配，卽 在第一旋轉手柄的兩値終端，兩個旋轉手柄彼此處於同 —延伸位置，同時晶片夾已到達一摘或另一锢位置之上。 匹配條件分別如下： η=360° /Φ ; hl/h2=n-l; hl+h2=S, 其中：n =傳動比 Φ =第一旋轉手柄在兩終端的旋轉範圍 hi =第一旋轉手柄的長度 h2=第二旋轉手柄的長度 S =第一旋轉手柄的旋轉軸和第一或第二位置的間距 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標率局員工消費合作社印裝 mm A7五、發明説明（3 ) 可Μ預見（同時參考下逑的具體例子），具有不同的 匹配轉動範圍、傳動比和手柄比例的不同的實施例是可 行的。對於本發明的目的，用此類型的手柄機構的首要 的條件是在每個蓮動周期的終點，在旋轉手柄的伸展方 向上，晶片夾總是到達它的終點（即第一或第二位置） 。也就是說，垂直於手柄軸的方向移動的器件消失在終 點位置。加速的晶Η夾的慣性沿著手柄的伸展方向，並 县對於伸展位置的穩定性起了一定的作用。最終.第一 轉動手柄在伸展位置（必須停在其轉動角度的最後）的 稍稍過擺就會減弱晶片夾到達終點位置的有效性。該手 柄機構的瑄種先進的蓮動學和動力學鼷性賦予了根據本 發明的安裝裝置高度而長期的位置穩定精度，同時允許 較短的循環周期。 當轉動範圍φ=180° ，傳動比η=2,手柄比例hl/h2 = l 時，可得到本發明相當簡單和先進的實施例。具有這些 參數的手柄機構就是所謂的直線機構，它的意思是它移 動的物體-本例中是晶Η夾-在直線上移動。 由Μ上描述可知，根據本發明所設計的裝置，原則上 也可Μ使用其它參數（即使η的值不是整數）。本發明 第1項所定義的裝置的進一步裝配在申請專利範圍中描 述。 通過參考附圖，本發明將在下面作詳細的描逑， 第1圓是本發明中半導體安裝裝置的第一實施例側面 視圖的簡化圖。 -5- C請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） 410413 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 4 ) 1 I 第 2 画 是 第 1 fBFt _ 所 示 裝 置 的 平 面 圖 ( 晶圓和 基 片 被略 I 1 | 去 ) > 1 第 3 和 4 圖 是 第 1 圖 和 第 2 圖 所 示 裝 置的時 序 圖 * 請 1 先 1 第 5 圃 顯 示 更 進 一 步 的 實 施 例 的 平 面 _，和 閲 讀 1 脅 1 第 6 圖 顯 示 限 定 器 〇 面 1 之 1 1 根 據 第 1 圖 和 第 2 圖 » 半導體安裝裝置是被稱為 ，，晶 注 意 I 1 事 1 粒 焊 合 IMfr 微 ”（di e bonder)的安裝機構的組件，因眾所周 項 再 1 | 知 而 未 顯 示 其 細 節 〇 其 百 的 是 重 複 Μ 下 操作， 通 過 晶片 寫 1 ▲ Λ 夾20在第 一 位 置 A 從 晶 片 載具32上提起半導體晶 Η 30 , 頁 1 1 在 晶 片 夾 移 動 位 置 後 > 將 晶 Η 放 在 第 二 位置Β 的 基 片38 i 上 ( ”抓放”） 0 裝有晶圓3 5的晶Η 的 晶 片載具 32 ( 一般 I 1 為黏附性薄片 ) 被 放 置 在 可 替 換 的 晶 圓 台34上 t 晶 片台 1 π 34在位置A 可 Μ 取 到 下 — 片 晶 片 30 〇 基 片38， 例 如 金屬 I I 引 線 框 » 位 於 稱 為 分 度 器 (i n d e X e r ) 的位移裝置36上， 1 1 為 了 使 基 片 位 於 白 由 基 片 的 位 置 9 該裝置36逐步推動基 1 I 片 Μ 便 在 位 置 Β 接 取 陲 後 的 晶 片 0 晶 圓 台和分 度 器 是大 1 1 家 熟 悉 的 姐 件 * 且 它 們 不 是 本 發 明 的 主 題，未 進 一 步詳 β. 细 顯 示 ( 在 第 2 圖 中 完 全 忽 略 ) 0 對 於 將晶片 3 0托起然 1 1 後 又 放 下 的 晶 片 夾 20 ( 所 謂 的 焊 合 頭 的 組件） 可 kk 相對 1 1 於 抓 放 裝 置 而 上 下 移 動 9 如 第 1 画 中 的 箭頭所 示 ， 但是 1 裝 置 也 可 Μ 被 裝 配 整 腰 垂 直 移 動 ( 見 第 1鬮） 0 1 1 第 1 曬 和 第 2 圖 所 示 的 抓 放 裝 置 包 括 第一轉 動 手 柄10 1 Γ ί 位 於 軸 4 〇 袖 4 位 於 位 置 A 和 B ( 軸 承3 , 第 2 圃） 1 1 之 間 的 中 央 固 定 住 y 也 就 是 說 » 手柄10的轉動軸與A和 1 1 -6 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21 ΟΧ Μ?公釐） 410413 A7 B7 五、發明説明（5 ) B的距離相同，都是S 。第二轉動手柄12通過軸13安裝 在第一轉動手柄的末端。第二轉動手柄的末端通過軸16 連接到滑塊18。這漾使晶片夾20和滑塊沿A和B之間的 線性導軌19移動。 靜止的轉動致動器，例如，由電機1和齒輪帶機構2 組成（只在第2圖中顯示），使第一轉動手柄]0通過軸 4轉動，其轉動方向可K改變。手柄10在兩個終點位置 Ea和Eb之問轉動了角度Φ, Ea和Eb分別面向第一位置A 和第二位置B ,在第1圖中，用虛線示出了轉動手柄和 晶片夾的末端位置和用實線示出了過渡位置（手柄10的 轉動角度為Φ1)。第一轉動手柄10的終點位置Ea和Eb 由電機1合適的驅動力來確定和維持。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先鬩讀背面之注意事項再填寫本頁) 第二轉動手柄12並不是被動地由第一轉動手柄10帶動 ，而是根據預先設置的相對於第一手柄10的傳動比而轉 動，其方向與第一手柄10的方向轉動相反。根據所示的 例子，其驅動是通過環繞在與軸4同軸的固定齒輪5和 固定在軸14上的齒輪7上的齒輪帶6來產生的（也可Μ 用安裝在手柄12上與齒輪5和7咬合的過渡齒輪代替齒 輪帶6 )。本例中，兩個手柄10和12 (轉動角為Φ1和 Φ 2)的轉動Μ特定的方式耦合在一起。 在給定的轉動角Φ為18G5的情況下，手柄10和12間 的傳動比等於2 ,即，手柄上的每個位置，手柄12相對 於手柄10的轉角Φ2總等於手柄10的轉角Φ1的2倍。重 要的還有手柄〗0和12有栢同的長度hi和h2，其和hl+h2 -7 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 410413 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明 ( 6 ) 1 1 等 於 距 離 S 0 本 例 中 傳 動 比 η 和 手 柄 長 度 hi ， h2 按 照 1 1 Μ 上 所 說 的 比 例 > 與 轉 動 角 度 Φ = 180° 相 配 0 其 结 果 1 為 > 在 第 —· 轉 動 手 柄 10的 每 —. 終 點 位 置 Ea 和 Eb , 兩 個 轉 請 1 先 1 動 手 柄 1 0和 12在 相 互 的 伸 展 位 置 S 而 晶 片 爽 20或 者 位 於 閎 1 I A 上 9 或 者 位 於 B 上 0 背 1 I 之 1 I 第 1 圖 和 第 2 圖 所 示 的 手 柄 機 稱 具 有 直 線 機 構 的 雇 性 注 意 重 1 I > 即 第 二 轉 動 手 柄 12 ( 軸 16) 的 末 端 Μ 直 線 G 移 動 0 這 項 再 1 I ιθτ|· 葸 味 著 滑 塊 18沒 有 向 線 性 導 士會· 軌 19_ 加 剪 切 力 或 力 矩 0 該 填 寫 1 r._ 本 Λ 導 軌 和 在 滑 塊 18與 手 柄 12之 間 的 狡 鍵 其 實 只 是 起 保 持 晶 頁 \ ί Η 夾 改 變 位 置 過 程 中 定 位 的 功 能 ( 當 在 手 柄 12和 晶 片 夾 1 20之 間 有 剛 性 連 接 時 後 者 與 被 連 輸 的 晶 片 30 一 起 分 別 1 1 轉 180。 相 對 於 晶 Η 載 具 32和 基 Η 38的 平 面 ) 〇 從 第 1 1 訂 1 I _ 可 Μ 容 易 看 出 由 於 兩 個 轉 動 手 柄 位 於 縱 釉 上 的 伸 展 位 置 » 也 就 是 說 軸 4 9 14和 1 6在 一 條 直 線 G 上 晶 片 夾 1 1 以 高 的 精 度 地 到 達 位 置 A 或 Β 上 〇 這 種 伸 展 位 置 的 排 列 1 I 方 式 具 有 較 高 的 剛 性 9 本 例 中 t 滿 足 晶 Η 30從 晶 片 載 具 1 1 上 精 確 地 提 取 和 精 確 地 安 裝 在 基 Η 上 的 基 本 要 求 0 線 第 3 圃 示 出 了 在 A 到 B 或 Β 到 A 的 蓮 動 周 期 中 t 第 二 1 ! 轉 動 手 柄 ( 軸 16) 的 末 端 的 路 程 s » 速 度 V 和 加 速 度 a 1 1 對 時 間 t 的 特 性 曲 線 > 理 想 的 情 況 是 轉 角 Φ 1隨時間t線 i 性 變 化 〇 顯 然 9 使 用 第 1 和 2 圖 所 示 的 手 柄 機 構 V 所 有 1 I 3 個 值 S 9 V 和 a 根 據 調 和 函 數 變 化 0 但 是 交 替 運 動 時 1 1 9 驅 動 的 突 麩 開 始 和 停 止 9 如 第 3 圖 中 假 設 的 情 況 9 是 1 1 不 實 際 的 0 第 4 圖 所 示 的 是 實 際 情 況 中 S 當 在 末 端 區 域 1 I -8 1 1 1 1 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 410413 A7 _B7 五、發明説明（7 ) ”软”啟動和終止驅動時，s ，v和3的相應特徵曲線。 根捶第1圃和第2 ®的實施例，在垂直面上發生手柄 10和手抦12的轉動，即與晶片載具32和基片38相垂葺。 所其它實腌例也是可行的，其中手柄的轉動軸是垂 直的，手柄在平行於晶片載具*和基片所在平面的對應的 水平面上移動。然後晶片夾豳性地連接到第二轉動手柄 的末端，基本上就無需縱向導軌·了 （對應於第1圖和第 2圖中的線性導軌19)，對於位於晶片座上的晶Η載具 的定向，必須要考慮到在沿Α到Β路淫的平面上晶片要 旋轉180° 。具有這些變化的實施例也能夠為晶片夾（ 和第二轉動手柄）的垂直和水平位置提供終點制動力。 第5圖示出了根據本發明半導體安裝裝置的又—實例 的平面視圖。轉動手柄10 ^ 12 ’配備為可以水平轉動。 比較第1圖和第2圖的例子，改變了相應的參數。這種 •裝配中，轉動角中'為UO。。相應的傳動比n = 3，手柄 長度比hl/h2 = 2,不同長度的手柄的和hl + h2仍然等於第 一轉動手柄的軸4,與位童A或B之間的距離S 。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 第一轉動手柄10·的輸4,安裝在位於A和B之間的中 心法線Η上，使溥在手柄1〇_的末端位置Ea*EbK及相 對於手柄10，的伸展位置中的第二轉動手柄12’面對位 置A或B i晶片夾2(Γ ，剛性地連接到第二轉動手柄1 2 的末端，然後便定位於位置Α和Β上。手柄1〇'的交替 旋轉軀動（未示出）可構型為第2圖中類似的方式。但 如所逑，其轉動角只有120。。終點位置Ea和Eb再次由 一 9 — 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公4 ) A7 B7 410413 五、發明説明（8 驅動電機的合適控制來確定。環繞在固定齒輪5’和齒輪 7·上的齒輪帶6’又在第二轉動手柄12'在相反方向上提 供耦合力。上述的齒輪7’通過軸14’連接到手柄12·, 其齒輪數是齒輪5’的1/3 ,所以手柄12'的轉動角Φ2 相對於手柄1(Γ縴是手柄10’的轉動角Φ1的三倍。 每一晶片30沿由Α至Β的路程要轉過120° 。所Κ晶 圓35必須經過定向，使晶片的各邊線平行或垂直於Ea, 並且晶圓台34也必須如第5画箭頭所示定向。 因為這種變化，Μ上所說的參數也滿足兩個轉動手柄 在終點位置£3和£1>擴展後位置的標準◊這種情況中，晶 片夾2(Γ在Α和Β之間並不是Μ直線埵動，而是沿曲線 Τ運動。A , Β上的終點位置Ea和Eb與該路徑Τ相切， 即在瑄種情況下，當晶片夾到達A或B時，與Ea和Eb成 直角位置的移動元件消失。所Μ上述構造與Μ前描述的 例子具有相似的優點。 具有兩個轉動手柄1〇’和12'的抓放裝置的結構更能允 計使用限定器來引導晶片夾2 0在终點位置Ea和Eb的蓮動 ,所以能有效地阻止轉動手柄12’及晶片夾20在突然停 止時的擺動。第6圖顧示了即將到達終點Eb之前位置的 轉動手柄12’ 。轉動手柄12'有T形頭41，它有甬涸端 面41a和41b 。晶片夾20的中心沿虛線42運動。終端端 面41a和41b分別沿曲線43a和43b移動。抓放裝置的 限定器44横向安裝於晶片夾20的運動方向◊相應地，限 定器44的端面44a和44b分別適用於曲線43a和43b , -10- 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS ) A4规格（2丨0X2.97公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂' 線 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 «0413 A7 B7 五、發明説明（9 ) 所Μ轉動手柄12’的端面41a和41b沿著限定器44的端 面44a和44b滑動。 根據第1圖和第2圖的實施例，限定器可Μ替代線性 導軌19。帶有兩假轉動手柄的抓放裝置，對比於只有一 個轉動手柄的抓放裝置，其優點特別在於，對晶片夾20 在終點位置Ea或Eb上的制動可以通過使用限定器來改菩 ，而且在轉動過動中，由於手柄長度更短，雔心力更小 ,缠減小了驅動功率的消耗。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) f 訂_ 線， 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CMS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. <40413 I D8 六、申請專利範圍 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1. 一種具有晶片夾（20)的半導體安裝裝置，為了從第一 位置的晶Η載具（32)上提起晶Η (30>並將該晶片安放 到第二位置的基Η(38)上，該晶Η夾（20)可以通過一 手柄機構在第一位置U)和第二位置（Β>之間前後移 動，其特徴在於：安置在軸（4)上的第一轉動手柄 在兩橱終點位置（Ea，Eb)之間以交替的轉動方 向驅動，旦所逑軸（4)傺等距離安裝於第一位置（A) 和第二位置（B )之間，轉動手柄（1 0 )指向位置（A )或 另一位置（B ); 末端連接於晶Η夾（20)的第二轉動手柄（12),安置 於第一轉動手柄（1(0的末端並以相對於其轉動的預定 傳動比（η)在與其轉動方向相反的方向驅動； .上述之傳動比（η)僳和兩個轉動手柄（10 ,12)的長 度（hi, h2>互相四配，以梗在第一轉動手柄（1〇>的 兩個終點位置（Ea，Eb)上，兩锢轉動手柄（10,12)位 於相對於彼此的伸展位置中，晶片夾（2ΙΠ到達位置（A) 或另一位置（B >上。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 2. 如申讅專利範圍第1項的半導體安裝裝置，其中兩傾 轉動手柄（10，12)在與基Η (38)相垂直的平面上轉動。 3. 如申請專利範圍第1或第2項的半導體安裝裝置，其 中第一轉動手柄（10)在兩個終點位置（Ea, Eb)間的轉 動角φ等於180β ，兩個轉動手柄（1G, 12)間的傳動 比（η)等於2 ,兩傾轉動手柄（10, 12)的長度比（hi， h2)等於1 。 -1 2 - 本紙張X渡適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

   3Ϊ ί; ABICD 經濟部t央標準局員工消費合作社印製 r、申請專利範圍 4. 如申請専利範圃第2項的半導體安裝裝置，其中在第 二轉動手柄（12>的末端，連接著滑塊（18),它可Μ載 著晶片夾（20)沿著導軌部件（19)移動。 5. 如申請專利範圃第〗項的半導體安裝裝置，其中兩個 轉動手柄（10'，12’）在與基Η(38)平行的平面上轉動。 6. 如申請專利範園第5項的半導體安裝裝置，其中第一 轉動手柄（10')在兩個終點位置（Ea, Eb>間的轉動角 (Φ)等於120° ,兩個轉動手柄（10', 12')間的傳動 比（η)等於3 ,兩個轉動手柄（10·, 12·)的長度比 (h 1，h 2 )等於 2 。 7. 如申請專利範圍第5項的半導體安裝裝置，其中晶片 夾（2 0 ’）_性地連接於第二轉動手柄（1 2 ')的末嫋。 8. 如申請專利範圍第5項的半導體安裝裝置，其中在終 黏位置（Ea, Eb>，第二轉動手柄（12’）的限定器44横 向安裝於晶片夾20的運動方向。 9. 如申請専利範圍第1 ，2 ，5或6項的半導體安装裝 置，其中第二轉動手柄（12)安置於軸（14)上，通過軸 (14)安置有齒輪（7)，第二轉動手柄（12)是由固定在 驅動軸（4)益與其同袖的齒輪（5)驅動的，軸（4)通 過齒輪帶（6)或過渡齒輪安裝在第一轉動手柄（10)上。 -13- 本紙張尺度適用_國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) >11